低频振动测量在地震监测、海洋监测、轨道安全监测和工程结构健康监测等领域占据重要地位。目前被广泛应用于低频振动测量的压电式、MEMS等电学加速度传感器，具有成本低、精度高、技术较成熟等优点，但其容易受到外部电磁干扰、耐腐蚀性能差、布线繁琐，并且在长距离传输环境下信号衰减很快，严重制约其在工程实践中的应用?；诠庀瞬祭窆庹ぃ?/span>Fiber Bragg Grating，FBG）制作的光学加速度传感器，具备抗电磁干扰、耐腐蚀性能好、易实现分布式监测、低衰减损耗等优点，在复杂环境条件下能够弥补电学加速度传感器的缺陷。

针对现有FBG加速度传感器低频振动测量灵敏度度低的问题，中国地震局地球物理研究所滕云田研究员团队提出一种基于轴承的L形刚性梁与弹簧结构相结合的FBG加速度传感器，如图1所示。当外界产生振动时，传感器整体会随振动信号运动，其加速度在质量块上产生相反的惯性力，质量块随惯性力上下振动，驱动L形梁绕轴承转动，将质量块振动转化为光栅的均匀应变，从而影响其反射光的中心波长。反射光中心波长的漂移量与质量块的线性位移量成比例，同时也与加速度成比例，因此测量反射光中心波长的漂移量即可获得加速度大小，从而实现对外界振动的传感。将光纤光栅差分粘贴，则可达到温度补偿作用和增加灵敏度的效果。

图1 传感器结构建模

传感器利用L形刚性梁放大振动信号，通过两端轴承固定有效抑制横向串扰。采用Origin理论分析结构参数对传感器灵敏度和固有频率的影响，并对其进行优化，利用COMSOL进行静应力和模态仿真分析，最后构建测试系统对传感器实物进行性能测试实验，如图2所示。结果表明，加速度传感器固有频率为57 Hz，在1-35 Hz的低频段具有平坦的灵敏度响应，动态范围为89.83 dB，加速度灵敏度达1241.85 pm/g，线性度为99.97%，在工作频段内横向串扰为-26.20 dB。研究成果为提高FBG加速度传感器的低频振动测量能力提供了参考。

图2 传感器测试系统

研究成果2022年发表于学术期刊《Scientific Reports》（Teng Y, Wang Y, Tang Y, et al. A new L-shaped rigid beam FBG acceleration sensor[J]. Scientific Reports, 2022, 12: 12511.）。研究受国家重点研发计划（项目编号：2019YFC1509500) 资助。

【作者简介】

滕云田，男，博士，研究员，博士生导师。长期从事地震观测技术研究，覆盖仪器研发、质量检测技术研究、台网组网技术研究和系统集成应用。发表学术论文100余篇、编著3本、制订技术标准2个，参与编制多个地震科技发展规划及报告等。